JP4130529B2

JP4130529B2 - Fine pattern edge tuning method using optical halftoning mask

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Publication number: JP4130529B2
Application number: JP2000522498A
Authority: JP
Inventors: ジェイファンチェン; カートイーウォンプラー; トムレイディグ
Original assignee: エーエスエムエルマスクツールズビー．ブイ．
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: WO1999027420A1; TW364073B; EP1034457A4; JP2003521720A; DE69839944D1; AU1109999A; KR100616590B1; EP1034457A1; US6114071A; KR20010032368A; EP1034457B1

Description

本発明は光リソグラフィ技術に関し、特に、半導体素子を製造するために利用する光リソグラフィマスクにおいて使用される近接効果補正パターンに関する。
【０００１】
半導体製造技術が光リソグラフィ技術の限界に向かって急速に突き進んでゆくにつれて、現在までのところ最先端の技術を結集したプロセスは露光波長λより小さい短寸法を示すパターンを有する集積回路を正常に製造してきた（回路の「短寸法」はパターンの最小幅もしくは２つのパターン間の最小距離として定義される）。露光波長より小さい寸法で設計される図形パターンの場合、光近接効果がさらにひどくなり、実際に最先端の露光波長未満寸法の製造プロセスに耐えられなくなっていることが分かっている。
【０００２】
光近接効果は光投影露光装置の良く知られた特性である。すなわち、近接効果は、非常に近接した間隔で設けられた回路パターンがウェハ上のレジスト層にリソグラフィ技術により転写される際に発生する。近接間隔の回路パターン同士の光波は相互に作用して最終的な転写パターンの図形を歪ませることになる。言い換えれば、回折により、隣接するパターン同士がパターンに左右された異形を生み出すように相互作用する。あるパターンに対する光近接効果の大きさはそのパターンの他のパターンに対するマスク上の相対位置に左右される。パターン間距離が近いほどパターン間の光近接効果は強くなる。
【０００３】
そのような近接効果がもたらす主な問題の１つは、パターンの短寸法の好ましくないむらである。全ての最先端の半導体プロセスにとって、パターン（すなわち、回路素子及び配線）の短寸法の厳密な制御を実現することは、最終製品のウェハ品質歩留まり(wafer sort yield)及び素早い分類保管(speed-binning)に直接効果があるので、製造上の第１の目標である。
【０００４】
光近接効果がもたらす回路パターンの短寸法のむらはいくつかの方法で低減できることが知られている。そのような技術の１つは露光装置の照明特性を調整することである。すなわち、結像用対物レンズの開口数NAoに対する照明用集光レンズの開口数NAcの比（この比は部分干渉比σと称されている）を入念に決めることにより、光近接効果の度合いをある程度操作することができる。この部分干渉比は以下のように定義される。
σ = NAc/ NAo
【０００５】
一般的に言って、部分干渉比σが高くなるにつれて照明の干渉性が低下する。すなわち、照明源の干渉性が低いほど光近接効果は小さくなる。極端な場合、部分干渉比σが０．７より大きければ、光近接効果は以下に定義するような孤立パターンから半孤立パターンまでの範囲内のパターンピッチ(FP)に関してほぼ最小限に抑えることができる。経験上、０．５５未満の開口数の対物レンズを有する最近の露光装置によれば、パターンの配設(packing)は隣り合うパタ−ン同士の場合「ピッチ」という言葉で表現されることが多い。本発明の説明のみならず以下の事柄の説明のためにも、パターンピッチ(FP)を次の４つの部類に細分する。
ａ）高密度パターン：FP < 2λ
ｂ）半高密度パターン：2λ・ FP < 3λ
ｃ）半孤立パターン：3λ・ FP < 5λ
ｄ）孤立パターン：FP ・ 5λ
但し、パターンピッチ (FP) ＝パターン短寸法＋パターン間距離
【０００６】
上記のような比較的非干渉性の照明を使用することに加え、マスクパターンを「前補正」することによっても光近接効果を補償することができる。この種の技術は一般に光近接効果補正技術として知られている。
【０００７】
例えば、本発明の譲受人に対して譲渡された米国特許5242770号（７７０特許）には、光近接効果補正のために散乱バーを使用する方法が記述されている。７７０特許は、散乱バーによる方法が孤立パターンを修正して高密度パターンであるかのような振る舞いをさせるのに非常に有効であることを示している。そのようにすることで、孤立パターンの焦点深度も向上し、プロセス余裕度を大幅に高めることができる。散乱バー（光強度均整バーとも補助バーともいう）は、孤立パターンのエッジ部分のエッジ光強度勾配を調整するためにマスク上の孤立パターンに近接して配置された（露光装置では通常解像不可能な）補正パターンである。好ましくは、孤立パターンのエッジ部分の調整後のエッジ光強度勾配が高密度パターンのエッジ部分のエッジ光強度勾配と一致することにより、散乱バー付孤立パターンに高密度のパターンとほぼ同じ幅を持たせることができる。
【０００８】
「散乱バー」による光近接効果補正は孤立パターンと高密度パターンとを合わせる有効な方法ではあるが、標準型の散乱バーは半孤立パターンのピッチとともに使用されるとき「光の重み」を必要以上に伝送し、結果的に過補正を招くことになる。１９９７年２月２８日出願の米国特許出願08/808587号において、本発明の出願人は半孤立パターンに対してさらに高精度の短寸法補正を得る必要性に対処する「パターン詰め込み(feature crowding)」光近接効果補正方法を開示している。そこに記載された方法は、光の重みを軽くした散乱バーを採用することによって半孤立パターンのより高精度な処理を可能にしている。
【０００９】
具体的には、図１に示すように、08/808587出願の「パターン詰め込み」散乱バー方法は、２種類の新規な散乱バー、すなわち、標準型散乱バー１４の幅の何分の一の幅を有する細幅散乱バー１２と断続形散乱バーとも称するハーフトーン型散乱バー１６とを導入している。ハーフトーン型散乱バーは標準型散乱バーと同じ幅であるが、ハーフトーンの半遮光膜を用いた複数の断片状に断続されている。
【００１０】
パターン１８間の込み合ったスペースでは、光の重みが散乱バー幅に正比例している。したがって、細幅散乱バーの幅を小さくすることにより、細幅散乱バーをさらに狭いパターンスペース内に詰め込むことが可能である。しかしながら、細幅散乱バーの最小幅はマスク製造プロセスによって制限されている。今日の最先端のマスク製造プロセスにおいて、製造可能な最小限の細幅散乱バー幅はレチクル（すなわち、パターン）上で約０．２４μｍである。この寸法は、倍率１倍のウェハスケールでは、０．０６μｍの細幅散乱バー幅に相当する。そのような訳で、０．０６μｍ未満の光の重みが必要な場合、ハーフトーン型散乱バーを採用する必要がある。
【００１１】
ハーフトーン型散乱バーは上記のマスク製造上の限界を回避するために開発された。ハーフトーン型散乱バーは標準型散乱バーと同じ幅を有するので、マスクの製作と検査が容易になる。さらに、（図２に基づいて下記に定義される）ハーフトーン型散乱バーのハーフトーン周期を調整することにより、所望の光の重みを得ることができる。例えば、５０％の光の重みを得るためには、図２に示すように５０％（ｄ＝ｓ）のハーフトーン周期が必要である。
ハーフトーン周期(HTP) ＝ｄ＋ｓ
ｄ＝ｓの場合、％H＝（ｄ／HTP）*１００％＝５０％
【００１２】
図２に示すように、ｄとｓの寸法比を調整することにより、％Hを変動させて標準型散乱バーに対して相対的な所望の光の重みを得ることができる。このハーフトーン型散乱バー方法は光の重みをマスク製造プロセスにより課せられた連続形散乱バーの製造可能最小限幅より小さい値にまで延ばすことができる。例えば、０．１μｍ幅の標準型散乱バーを基準として使用すると、２５％ハーフトーン型散乱バーは０．０２５μｍ幅散乱バーに相当する。これは今日の最先端のマスク製造プロセスにより達成可能な０．０６μｍ幅の細幅散乱バーより遥かに細い。
【００１３】
08/808587出願の「パターン詰め込み」光近接効果補正方法は半孤立パターンの場合の短寸法制御に効果的であるが、半高密度ピッチ範囲のパターン間に適切な寸法の散乱バーを挿入することは物理的に不可能である。このタイプのパターンの場合、光近接効果を補償するために「バイアス補正(biasing)」を利用する必要がある。
【００１４】
従来のパターンバイアス補正方法は、主パターンに対して所定量を加減することによって主パターンの短寸法を修正する必要がある。例えば、０．１８μｍ幅主パターンに対して総量で＋０．０２μｍのバイアス量で、主パターン幅を０．２０μｍに変えることができる。このタイプのバイアス補正は、マスク描画装置が必要なバイアス量を解像することができる限り、半高密度パターンにとって申し分のない光近接効果補正技術である。
【００１５】
縮小倍率４対１の遠紫外線露光ウェハパターンに対して＋０．０２μｍ幅の微細パターンバイアス補正を行うためには、レチクルに対して＋０．０８μｍ（すなわち、０．０２μｍ×４）のバイアス量が必要である。さらに、パターンの対称性を確保するとともに位置ずれを回避するために、このバイアス量の半分を各候補パターンの各エッジに加えなければならない。この場合、各辺の必要バイアス量は＋０．０１μｍである。倍率４倍においても、０．０４μｍに過ぎない。このようなパターンをラスタ走査型の電子ビームマスク描画装置によって結像するためには、最新の電子ビーム描画装置上に受け入れ可能であるが標準の６インチサイズマスクで２０時間を越える描画時間を必要とする０．０４μｍ径のアドレス部(address unit)が必要になるであろう。このような長い描画時間は、実用的でなく製造上の観点から容認できないことは明らかである。容認可能な製造上の電子ビーム描画時間はマスク当たり３時間ないし６時間程度である。
【００１６】
さらに、このような微細パターンバイアス補正にレーザマスク描画装置を使用することは、十分な解像力に欠けるために実用的な選択肢とは言えない。このように、半高密度パターンピッチ範囲のパターンに超微細バイアス補正を利用することを躊躇させるコスト面での高い障壁がある。それでもやはり、半高密度ピッチ範囲のパターンに対して何らかの形で微細パターンバイアス補正をしなければ、これらのピッチ範囲をレイアウトの設計ルールで実現させることはできない。
【００１７】
半導体業界は（空間周波数変調型位相シフトマスク等の）光学解像力向上技術を光リソグラフィ技術との組合せで採用し始めているので、光リソグラフィは０．５λに近い最小パターン寸法を実現することが期待されている。このような露光波長よりかなり小さい回路設計ルールの場合、半高密度パターン（２λないし３λの範囲内のパターンピッチ）がますます稀でなくなる。したがって、半導体業界は最先端の製造プロセス用の半高密度パターンの実用的な光近接効果補正解決策をすぐにも必要とすることになる。本発明の目的はこの問題に対する解決策を提供することである。
【００１８】
したがって、本発明の目的は高密度及び半高密度パターンの微細パターンバイアス補正を可能にして光近接効果を補償するコスト的に有効で実用的な方法を提供することである。
【００１９】
具体的に、本発明は、露光装置を利用して集積回路に対応するリソグラフィパターンを半導体基板に光転写するマスクを製作する方法に関する。この方法は、集積回路を構成する素子に対応する複数のパターンをマスク上に形成する工程と、少なくとも１つの上記パターンのエッジに設けられる複数の解像不可能なバイアス補正片を形成する工程とを備えている。本発明はさらに、露光装置を利用して集積回路に対応するリソグラフィパターンを半導体基板に光転写する光リソグラフィマスクに関する。このマスクは、集積回路を構成する素子に対応する複数のパターンと、少なくとも１つの上記パターンのエッジに設けられた複数の解像不可能なバイアス補正片とを備えている。
【００２０】
以下に詳細に説明するように、本発明の方法及び装置は従来技術に優る重要な利点をもたらす。最も重要な点は、本発明が非現実的なほど小径の電子ビームアドレス部やスポットサイズを使用することなく非常に微細なパターンの寸法化を可能にして大幅なコストの節減を実現するハーフトーンバイアス補正方法を提供することである。実際には、このハーフトーンバイアス補正方法は最新のマスク製造プロセスを利用してナノメータ単位のパターンバイアス補正を可能にし、散乱バーが使用できない半高密度及び高密度パターンの場合に光近接効果補正処理を実現することができる。
【００２１】
さらに、本発明の新規なハーフトーンバイアス補正技術を一定のパターンに対して左右非対称的に適用することにより、レンズ収差に起因するレジストパターンの配置のずれを補償する微細位置補正を実現することができる。
【００２２】
上記非対称ハーフトーンバイアス補正技術は空間周波数変調型位相シフトマスクの位相シフトスペースと非位相シフトスペースとの間の光透過率の不均衡の結果発生する空間像の光強度分布不均整を均すことにも有効である。
【００２３】
非対称ハーフトーンバイアス補正技術のもう１つの利点は、「グリッド外れの(grid-snapped)」パターンを本来意図した配置にほぼ合致するよう修正及び／または補正するために利用することができるという点である。
【００２４】
本発明のさらに別の利点はこの業界の技術者にとって以下に詳述する本発明の実施の形態から明らかになるであろう。
【００２５】
本発明は、その更なる目的及び利点とともに、以下の詳細な説明と添付の図面に基づくことによりさらに深く理解することができる。
【００２６】
以下の詳細な説明はパターンの短寸法とピッチを制御して上記に定義した高密度及び半高密度パターンの光近接効果補正を実現する新規なバイアス補正技術に関する。この新規なバイアス補正技術は、主パターンのエッジ部分に直にハーフトーン化技術を適用することにより、主パターンの超微細寸法化を実現するものである。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態にかかる光リソグラフィマスクの分解図である。図に示すように、各パターン３０は該パターン３０のエッジ３５に沿って配設された複数のバイアス補正片３２を有している。図３の例では、バイアス補正片３２は各パターン３０の対向する両側のエッジ３５に沿って配設されている。バイアス補正片３２は各エッジ３５に沿って歯状のパターンを形成しており、ほぼ正方形を呈するように表されている。しかしながら、実際には、バイアス補正片３２はわずかに角が丸くなった形状を示す傾向がある。図３に示す寸法は以下のように定義する。
【００２８】
ｄ：バイアス補正片の長さ
ｓ：隣り合うバイアス補正片間の距離
ｗ：バイアス補正片の幅
一般に、ｗはラスタ走査型電子ビームマスク描画装置に使用される電子ビームのスポットサイズに相当する。通常使用されるスポットサイズはこの業界の４倍遠紫外線露光レチクルの場合０．０５μｍないし０．１２５μｍの範囲で変わる。
【００２９】
上述したように、パターンピッチ（FP）、バイアス補正片３２のハーフトーン周期（HTP）及びハーフトーン化率（％H）を以下のように定義する。
FP ＝パターン短寸法＋パターン間距離
HTP ＝ｄ＋ｓ
％H ＝（ｄ／HTP）*１００％
【００３０】
重要なことは、本発明によればバイアス補正片３２が光リソグラフィプロセスに利用される露光装置によっては解像不可能でなければならないという点である。これにより、パターン３０の各エッジ３５に沿って配設されたバイアス補正片３２のハーフトーン周期は解像度より低く保持されることが必要になる。ハーフトーン周期を解像度より低く保つためには、レイリー基準に従って以下の式を満たす必要がある。
HTP＜ｋ１(λ／NAo)
但し、ｋ１＝０．６１、λは露光光源の波長、NAoは露光光源の結像用対物レンズの開口数である。
【００３１】
例えば、露光波長λ＝２４８ｎｍ、開口数NAo＝０．５７のKrFエキシマレーザ遠紫外線露光装置の場合、ハーフトーン周期は倍率１倍のウェハスケールで０．２５μｍ（すなわち、倍率４倍のレチクルスケールで１．０μｍ）未満である必要がある。この場合、ハーフトーン周期が０．２５ｍを超えるまで許容されるとすれば、ハーフトーン化の平滑性が低下し、パターン３０のエッジに沿ってうねりが顕著に出現し始める。
【００３２】
バイアス補正片３２は、正のバイアスを生じるオリジナルパターンの外側への付加として、あるいは負のバイアスを生じるパターンエッジに沿う内側への切欠きとして適用することができる。図３は正のバイアスの一例を示し、図４は負のバイアスの一例を示す。具体的には、図４に示すように、パターンエッジに沿って切欠き３７が形成されることによって負のバイアス補正片が構成される。
【００３３】
図３は、パターン３０の隣り合うエッジ３５（あるパターンの対向するエッジ同士あるいは隣り合う２つのパターン間で対向するエッジ同士）間のバイアス補正片３２の配置が互いに一致していないことを意味する位相はずれバイアス補正片の一例を示す。図３に示すように、位相はずれバイアス補正片３２は水平方向でずれている。なお、「位相はずれ」とはバイアス補正片が１／２周期だけずれる場合も含んでいる。これと異なり、図３のバイアス補正片３２が同相になれば、水平方向に揃うことになる。しかしながら、上記のハーフトーン周期の規則が遵守される限り、同相及び位相はずれの両方のバイアス補正片３２はともに同じ％Hに対して等しい短寸法結果をもたらすことになる。
【００３４】
表１は％H（ｄとｓの比率）を調整することによってハーフトーンバイアスが微同調しうる様子の一例を示す。以下の例では、ハーフトーン周期を０．２５μｍに固定し、ハーフトーンバイアス補正片の幅をエッジあたり０．０２０μｍにした状態でハーフトーン周期規則が満たされている。パターン短寸法は、パターンピッチが０．５４μｍ（２．１８λ）のとき、０．１８μｍである。露光条件として、照明用レンズの部分干渉比σ＝０．８０、結像用レンズの開口数NAo＝０．５７のKrFエキシマレーザステッパを使用した。使用された遠紫外線レジストはシプレー社製ＵＶ５（厚さ０．６１μｍ）であり、ポリシリコン下地基板上面にシプレー社製ＡＲ２底面反射防止膜（厚さ６００Ａ）をコーティングした状態で使用された。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１に示す結果から分かるように、結果として得られたパターン短寸法は％Hの変化に正に応答している。１００％Hは０．０４０μｍの総バイアス量に等しい。例えば、遠紫外線レジスト加工は、測定後のレジスト短寸法バイアス量が１００％Hで＋０．０４０μｍとなるよう同調されている。このように、本発明のバイアス補正片をパターンのエッジに直に適用することにより、そのパターンの短寸法の微調整が可能になる。さらに、以下にさらに詳細に説明するように、パターンの一方のエッジのみにバイアス補正片を付加してその一方のエッジのみを調整することも可能である。
【００３７】
この明細書では全ての組合せを開示しないが、上述したように、ハーフトーンバイアス補正片３２は増やすやり方でも減らすやり方でも（正のハーフトーンバイアスでも負のハーフトーンバイアスでも）適用することが可能である。正のハーフトーンバイアスの例は図３及び表１で示されており、バイアス補正片は主パターンの短寸法を増加させるために利用されている。逆に、図４に示すような負のバイアスであれば、主パターンの短寸法を減少させるよう作用する。正のバイアスがパターンエッジにバイアス補正片を付加するのとは異なり、バイアス補正片をパターンエッジに沿う一部を除去することによって形成することを除けば、負のバイアス補正片は正のバイアス片と同じ方法で形成される。どちらの場合も、結果として得られるエッジは歯状の外観を呈することになる。バイアス補正片はさらに暗視野のマスクにも明視野のマスクにも対等に適用することができる。
【００３８】
図５は照明光学系の部分干渉比σについてもレジストのラインパターンで得られる最終的なパターン短寸法に影響を及ぼすよう変化させた場合の実験結果を示す。これら３種類のハーフトーン化率％Hのレベルは全て同じ傾向、すなわち、部分干渉比σが低いほど（干渉性が高いほど）短寸法のバイアス量が大きくなることを示している。なお、実験の条件については表１に基づいている。
【００３９】
部分干渉効果もまた暗視野マスク上の典型的な「ホール」パターンや「スペース」パターンを通してより明るい空間像光強度を得るのに有利である。部分干渉比σが小さいほどホールパターンやスペースパターンの短寸法が大きくなることが予測される。暗視野パターンは、明視野パターンと同様に部分干渉比σとハーフトーン化率％Hの変化に予測可能に応答する。
【００４０】
さらに、図５に示すように、一定のハーフトーン化率％Hにおいては、測定後の実際のパターン短寸法が部分干渉比の設定の変化とともに線形の軌跡を描いて変化しているように思われる。部分干渉比の設定が低い場合ほど（干渉性が高い照明の場合ほど）、例えば部分干渉比が０．３のとき、大きな短寸法が生じることになる。逆に、部分干渉比設定が高いほど（非干渉性が高い照明ほど）短寸法が小さくなる。この特性はウェハへの印刷に使用される実際の部分干渉比設定を監視するために利用可能である。
【００４１】
１パターンの対向する両エッジに対して異なるハーフトーン化率％Hを与えることによりパターンの位置を微同調させることも可能である。例えば、パターンの左側エッジが２０％Hの処理にかけられる一方その右側のエッジが８０％Hの処理にかけられる場合、そのパターンの短寸法は増加するが、その図心も右側にわずかにずれて、事実上パターンを「微細に位置出しする」ことになる。この効果を図６に示す。
【００４２】
この「微細位置」調整効果はレンズの収差に起因する位置のずれを抑えるために利用することができる。例えば、最先端のKrFエキシマレーザステッパ等の近回折限界(near-diffraction-limited)露光装置の場合、レンズ瞳面でλ／３２に近い波面収差量が考えられる。この効果を算出するために、−０．０３Ｘ（ゼルニケ多項式のＺ７）のＸ次のコマレンズ収差(X-coma lens aberration)が利用される。また、図６に示す同じ非対称ハーフトーンバイアス補正係数が使用される。その結果得られるレジストパターンを図７（ａ）及び７（ｂ）に示す。
【００４３】
すなわち、図７（ａ）は何の補正もなくレンズ収差に影響された結果得られたパターンの位置を示す。図７（ｂ）は本発明の結果得られる「微細位置」調整を利用した「補正された」パターンを示す。実際に、この位置補正効果は図７（ｂ）に示す左右非対称にバイアスされた場合に非常に明らかに現れている。この例においては、非対称バイアス補正片の使用はパターンを右側にずらすことによってレンズ収差を補正する作用をしている。
【００４４】
本発明のバイアス補正片は空間周波数変調型位相シフトマスクの光強度均整化を実行するためにも使用可能である。すなわち、図８は複数の主パターン７０を有する空間周波数変調型位相シフトマスクのラインパターンを示す。図に示すように、これらのパターンは、図７で開示された適用例と同様に左右非対称に付加されたバイアス補正片３２を有している。図８の空間周波数変調型位相シフトマスクは縮小倍率４対１のKrFエキシマレーザ露光装置で結像するために設計された。この適用例の場合、非対称バイアス補正片の機能は０度位相シフト領域（０度スペース）と１８０度位相シフト領域（１８０度スペース）との間の光強度分布の差を「均す」ことである。光強度分布のデルタ状部分(delta)は１８０度スペースにおける光透過損失により引き起こされることが知られている。理想的には、０度スペースの透過率も１８０度スペースの透過率もともに１００％に近い数値であるべきである。しかしながら、一般的な空間周波数変調型位相シフトマスク製造プロセスは、１８０度スペースを形成するためにエッチング加工を必要とするので、エッチング領域において測定可能な量の透過損失を招く。１０％の高い透過損失が１８０度スペースで観察された。このような透過率の不均衡は０度スペースと１８０度スペースとの間に形成されるレジストパターン７０の両側壁を不均一にする恐れがある。その最終的な影響はパターン短寸法のむらである。
【００４５】
この問題を補正するためには、ほぼ４０％H（０．０２μｍ）のパターンバイアス補正が必要である（図９参照）。このバイアス量は０．００８μｍのエッジバイアス量に相当する。このバイアス度は、０．０３２μｍ径電子ビームアドレス部を必要とし、現在の最先端のプロセスを使用しても実用的でない。その一方、本発明のハーフトーンバイアス補正技術を利用すれば、倍率４倍のレチクルに０．１μｍ径電子ビームアドレス部を使用して上記のバイアス量を達成することができる。
【００４６】
なお、図８に示す空間周波数変調型位相シフトマスクに対する非対称バイアス補正片の適用例では、４０％ハーフトーンバイアスを幅ｗ＝０．０２μｍ、長さｄ＝０．１０μｍ、ハーフトーン周期HTP＝０．２５μｍで付与した。バイアス補正片は０度スペースに隣接するパターンエッジに対してのみ付加され、１８０度スペースにはハーフトーンバイアスをかけなかった。主パターン短寸法は０．１４μｍであり、主パターンピッチ(FP)は０．３０μｍであった。
【００４７】
再び図９にみるように、空間周波数変調型位相シフトマスクに対して非対称バイアス補正片を適用すると、０度スペースと１８０度スペースとの間の光強度分布のむらをなくすように作用していることが分かる。なお、非対称ハーフトーンバイアス補正による光強度分布均整化の上記の例は高密度パターン（KrFエキシマレーザの露光波長λ＝０．２４８μｍのときFP＜２λ）に対して適用可能である。その同じ方法が半高密度パターンに対しても有効である。半孤立パターン及び孤立パターンの場合、光強度分布均整化の必要性は散乱バーで満たすことができる。
【００４８】
本発明の非対称ハーフトーンバイアス補正技術は「グリッド外れの(grid-snapped)」パターンを本来意図した配置に変位させるためにも利用可能である。図１０は非対称ハーフトーンバイアス補正レジストパターンと無補正（「グリッド外れの」）レジストパターンとの比較を示す。このグリッド外れ現象は最終的な電子ビームアドレス部がオリジナルの図面グリッドの整数倍でない場合に発生する。このような状況では、パターンエッジは最も近い整数倍のグリッドに外れ落ちてしまうことになる。この「グリッド外れ」現象はパターンの正確な配置を所望の位置からずらしてしまう。この現象は全ての最先端の集積回路製造にとって明らかに望ましくない。上記に詳述した本発明の非対称ハーフトーンバイアス補正技術を利用することにより、外れたパターン配置を修正し、さらに小径の電子ビームアドレスサイズを採用することなく本来の配置に近づけあるいは復帰させることが可能である。具体的には、必要な％Hを有する非対称バイアス補正片が「グリッド外れの」パターンのエッジに付加され、そのエッジ部分を所望の位置に偏倚させる。
【００４９】
上述したように、本発明の方法及び装置は従来技術に優る重要な利点をもたらす。最も重要な点は、本発明が非現実的なほど小径の電子ビームアドレス部やスポットサイズを使用することなく非常に微細なパターンの寸法化を可能にして大幅なコストの節減を実現するハーフトーンバイアス補正方法を提供することである。実際には、本発明のハーフトーンバイアス補正方法は最新のマスク製造プロセスを利用してナノメータ単位のパターンバイアス補正を可能にし、散乱バーが使用できない半高密度及び高密度パターンの場合に光近接効果補正処理を実現することができる。
【００５０】
さらに、本発明の新規なハーフトーンバイアス補正技術を一定のパターンに対して左右非対称的に適用することにより、レンズ収差に起因するレジストパターンの配置のずれを補償する微細位置補正を実現することができる。
【００５１】
上記非対称ハーフトーンバイアス補正技術は空間周波数変調型位相シフトマスクの位相シフトスペースと非位相シフトスペースとの間の光透過率の不均衡の結果発生する空間像の光強度分布不均整を均すことにも有効である。
【００５２】
非対称ハーフトーンバイアス補正技術のもう１つの利点は、「グリッド外れの(grid-snapped)」パターンを本来意図した配置にほぼ合致するよう修正及び／または補正するために利用することができるという点である。
【００５３】
部分干渉比σもハーフトーンバイアス補正パターンの働きと相互に作用する。そのため、適切な同調を行えば、これらの効果の組合せは明視野パターン短寸法及び暗視野パターン短寸法の両方を変調するために利用可能であり、あるいはその一方の効果は部分干渉比の設定を監視するためにパターンの短寸法を利用することが可能である。
【００５４】
本発明の具体的な実施形態の一部を開示してきたが、本発明はその精神や本質的な特性から離れることなくその他の様々な形で実施されてもよい。したがって、本発明の上記実施形態はあらゆる点で例示に過ぎず何ら本発明を限定するものではないと考えるべきであり、本発明の範囲は上記の説明ではなく特許請求の範囲によって示されており、それ故請求の範囲の意味やその等価物の範囲に属する全ての変形例が本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】米国特許出願08/808587号記載の細幅散乱バーとハーフトーン型散乱バーを利用した「パターン詰め込み(feature crowding)」光近接効果補正方法の説明図。
【図２】図１のハーフトーン型散乱バーのハーフトーン周期の定義を説明する図。
【図３】正のバイアスを生じる本発明のハーフトーンバイアス補正技術の一実施形態を利用して形成されたマスクの一部の分解図。
【図４】負のバイアスを生じる本発明のハーフトーンバイアス補正技術の一実施形態を利用して形成されたマスクの一部の分解図。
【図５】レジストのラインパターンを形成するよう本発明を利用して得られた実験結果を示すグラフ。
【図６】本発明にかかる非対称ハーフトーンバイアス補正技術を利用してパターンの微細位置を調整できることを示すグラフ。
【図７】本発明にかかる非対称ハーフトーンバイアス補正技術を利用してレンズ収差を補正できることを示す図。
【図８】空間周波数変調型位相シフトマスクの平行なラインパターンに適用された本発明にかかる非対称ハーフトーンバイアスを示す図。
【図９】空間周波数変調型位相シフトマスクの平行なラインパターンに図８の非対称ハーフトーンバイアスを適用することによって得られた光強度分布の均整化を説明するグラフ。
【図１０】本発明のハーフトーンバイアス補正技術を利用して得られるグリッド外れ制御を説明する図。The present invention relates to an optical lithography technique, and more particularly to a proximity effect correction pattern used in an optical lithography mask used for manufacturing a semiconductor device.
[0001]
As semiconductor manufacturing technology rapidly advances towards the limits of photolithography technology, the process that brings together the most advanced technologies to date successfully produces integrated circuits with patterns that exhibit short dimensions smaller than the exposure wavelength λ. (The “short dimension” of a circuit is defined as the minimum width of a pattern or the minimum distance between two patterns). In the case of graphic patterns designed with dimensions smaller than the exposure wavelength, it has been found that the optical proximity effect becomes even worse and actually cannot withstand a manufacturing process with dimensions below the most advanced exposure wavelength.
[0002]
The optical proximity effect is a well-known characteristic of an optical projection exposure apparatus. In other words, the proximity effect occurs when circuit patterns provided at very close intervals are transferred to a resist layer on a wafer by lithography. Light waves between adjacent circuit patterns interact to distort the final transferred pattern figure. In other words, due to diffraction, adjacent patterns interact to produce a pattern-dependent variant. The magnitude of the optical proximity effect for a certain pattern depends on the relative position on the mask with respect to the other pattern. The closer the distance between patterns, the stronger the optical proximity effect between patterns.
[0003]
One of the main problems caused by such proximity effects is the undesirable unevenness of the short dimension of the pattern. For all state-of-the-art semiconductor processes, achieving tight control of the short dimensions of patterns (ie, circuit elements and wiring) is important for wafer sort yield and speed-binning of the final product. ) Is the first production goal.
[0004]
It is known that the short dimension unevenness of the circuit pattern caused by the optical proximity effect can be reduced by several methods. One such technique is to adjust the illumination characteristics of the exposure apparatus. That is, by carefully determining the ratio of the numerical aperture NAc of the condenser lens for illumination to the numerical aperture NAo of the imaging objective lens (this ratio is called the partial interference ratio σ), the degree of the optical proximity effect can be reduced. It can be operated to some extent. This partial interference ratio is defined as follows.
σ = NAc / NAo
[0005]
Generally speaking, the coherence of illumination decreases as the partial interference ratio σ increases. That is, the lower the coherence of the illumination source, the smaller the optical proximity effect. In extreme cases, if the partial interference ratio σ is greater than 0.7, the optical proximity effect can be kept to a minimum with respect to the pattern pitch (FP) within the range from the isolated pattern to the semi-isolated pattern as defined below. it can. According to experience, according to a recent exposure apparatus having an objective lens having a numerical aperture of less than 0.55, the pattern packing can be expressed by the word “pitch” in the case of adjacent patterns. Many. The pattern pitch (FP) is subdivided into the following four categories not only for explaining the present invention but also for explaining the following matters.
a) High-density pattern: FP <2λ
b) Semi-dense pattern: 2λ ・ FP <3λ
c) Semi-isolated pattern: 3λ ・ FP <5λ
d) Isolated pattern: FP · 5λ
However, pattern pitch (FP) = pattern short dimension + inter-pattern distance
[0006]
In addition to using relatively incoherent illumination as described above, the optical proximity effect can also be compensated by “precorrecting” the mask pattern. This type of technique is generally known as an optical proximity correction technique.
[0007]
For example, US Pat. No. 5,242,770 (770 patent), assigned to the assignee of the present invention, describes a method of using scattering bars for optical proximity correction. The 770 patent shows that the scattering bar method is very effective in modifying isolated patterns to behave as if they were high density patterns. By doing so, the depth of focus of the isolated pattern can be improved and the process margin can be greatly increased. The scattering bar (also called light intensity leveling bar or auxiliary bar) is placed close to the isolated pattern on the mask in order to adjust the edge light intensity gradient at the edge portion of the isolated pattern (normally in the exposure apparatus, resolution is not possible). Possible) correction pattern. Preferably, the edge light intensity gradient after adjustment of the edge portion of the isolated pattern matches the edge light intensity gradient of the edge portion of the high-density pattern, so that the isolated pattern with scattering bars has almost the same width as the high-density pattern. Can be made.
[0008]
Light proximity effect correction by “scattering bar” is an effective method to match isolated pattern and high density pattern, but standard scattering bar has more than necessary “light weight” when used with semi-isolated pattern pitch Will result in overcorrection. In US patent application Ser. No. 08/808587 filed Feb. 28, 1997, Applicants of the present invention addressed the need to obtain a more accurate short dimension correction for semi-isolated patterns, “feature crowding”. An optical proximity effect correction method is disclosed. The method described therein allows more precise processing of semi-isolated patterns by employing scattering bars with light weights reduced.
[0009]
Specifically, as shown in FIG. 1, the 08/808587 application “pattern-packed” scatter bar method uses two new scatter bars, ie, a fraction of the width of the standard scatter bar 14. And a half-tone scattering bar 16 also referred to as an intermittent scattering bar. The halftone scattering bar has the same width as the standard scattering bar, but is intermittently formed into a plurality of pieces using a halftone semi-light-shielding film.
[0010]
In the crowded space between patterns 18, the light weight is directly proportional to the scattering bar width. Therefore, by reducing the width of the narrow scattering bar, it is possible to pack the narrow scattering bar in a narrower pattern space. However, the minimum width of the narrow scattering bar is limited by the mask manufacturing process. In today's state-of-the-art mask manufacturing processes, the minimum width that can be produced is about 0.24 μm on the reticle (ie, pattern). This dimension corresponds to a narrow scattering bar width of 0.06 μm on a wafer scale of 1 × magnification. For this reason, when a light weight of less than 0.06 μm is required, it is necessary to employ a halftone scattering bar.
[0011]
Halftone scattering bars have been developed to circumvent the above mask manufacturing limitations. Since the halftone scattering bar has the same width as the standard scattering bar, the mask can be easily manufactured and inspected. Furthermore, the desired light weight can be obtained by adjusting the halftone period of the halftone scatter bar (defined below based on FIG. 2). For example, to obtain a light weight of 50%, a halftone period of 50% (d = s) is required as shown in FIG.
Halftone period (HTP) = d + s
When d = s,% H = (d / HTP) * 100% = 50%
[0012]
As shown in FIG. 2, by adjusting the dimensional ratio of d and s,% H can be varied to obtain a desired light weight relative to the standard scattering bar. This halftone scatter bar method can extend the light weight to a value less than the minimum manufacturable width of the continuous scatter bar imposed by the mask manufacturing process. For example, using a standard scatter bar with a width of 0.1 μm as a reference, a 25% halftone scatter bar corresponds to a 0.025 μm width scatter bar. This is much thinner than the 0.06 μm wide narrow scattering bar achievable with today's state-of-the-art mask manufacturing processes.
[0013]
The "pattern stuffing" optical proximity correction method of 08/808587 application is effective for short dimension control in the case of semi-isolated patterns, but inserting scattering bars of appropriate dimensions between patterns in the semi-dense pitch range Is physically impossible. For this type of pattern, it is necessary to use “biasing” to compensate for the optical proximity effect.
[0014]
The conventional pattern bias correction method needs to correct the short dimension of the main pattern by adjusting a predetermined amount with respect to the main pattern. For example, the main pattern width can be changed to 0.20 μm with a bias amount of +0.02 μm in total for the 0.18 μm wide main pattern. This type of bias correction is a perfect optical proximity effect correction technique for semi-dense patterns as long as the mask drawing apparatus can resolve the required bias amount.
[0015]
In order to perform fine pattern bias correction of +0.02 μm width for a far ultraviolet exposure wafer pattern with a reduction ratio of 4: 1, a bias amount of +0.08 μm (that is, 0.02 μm × 4) is required for the reticle. It is. Furthermore, to ensure pattern symmetry and avoid misalignment, half of this bias amount must be added to each edge of each candidate pattern. In this case, the required amount of bias for each side is +0.01 μm. Even at a magnification of 4 times, it is only 0.04 μm. In order to form an image of such a pattern with a raster scanning type electron beam mask lithography apparatus, it is acceptable to use the latest electron beam lithography apparatus, but a standard 6-inch mask requires a writing time exceeding 20 hours. An address unit of 0.04 μm diameter would be required. Obviously such a long drawing time is impractical and unacceptable from a manufacturing point of view. An acceptable manufacturing electron beam writing time is on the order of 3 to 6 hours per mask.
[0016]
Furthermore, using a laser mask drawing apparatus for such fine pattern bias correction is not a practical option because it lacks sufficient resolution. Thus, there is a high cost barrier that is reluctant to use ultrafine bias correction for patterns in the semi-high density pattern pitch range. Nonetheless, these pitch ranges cannot be realized by layout design rules unless a fine pattern bias correction is performed in some way for patterns in the semi-dense pitch range.
[0017]
Since the semiconductor industry has begun to employ optical resolution enhancement technologies (such as spatial frequency modulation type phase shift masks) in combination with optical lithography technology, optical lithography is expected to achieve a minimum pattern size close to 0.5λ. ing. For circuit design rules that are much smaller than the exposure wavelength, semi-dense patterns (pattern pitches in the range of 2λ to 3λ) are becoming increasingly rare. Therefore, the semiconductor industry will soon need a practical optical proximity correction solution with a semi-dense pattern for state-of-the-art manufacturing processes. The object of the present invention is to provide a solution to this problem.
[0018]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a cost effective and practical method for compensating for optical proximity effects by enabling fine pattern bias correction of high density and semi-dense patterns.
[0019]
Specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a mask for optically transferring a lithography pattern corresponding to an integrated circuit to a semiconductor substrate using an exposure apparatus. The method includes forming a plurality of patterns corresponding to elements constituting an integrated circuit on a mask, and forming a plurality of non-resolvable bias correction pieces provided on at least one edge of the pattern. It has. The present invention further relates to an optical lithography mask that optically transfers a lithography pattern corresponding to an integrated circuit to a semiconductor substrate using an exposure apparatus. The mask includes a plurality of patterns corresponding to elements constituting the integrated circuit, and a plurality of non-resolvable bias correction pieces provided on at least one edge of the pattern.
[0020]
As will be described in detail below, the method and apparatus of the present invention provide significant advantages over the prior art. The most important point is that the present invention makes it possible to dimension very fine patterns without using an electron beam address part or spot size that is unrealistically small, and realizes significant cost savings. A bias correction method is provided. In practice, this halftone bias correction method uses the latest mask manufacturing process to enable nanometer-scale pattern bias correction, and optical proximity effect correction processing for semi-dense and high-density patterns where scattering bars cannot be used. Can be realized.
[0021]
Furthermore, by applying the novel halftone bias correction technique of the present invention to a certain pattern asymmetrically, it is possible to realize a fine position correction that compensates for the displacement of the resist pattern due to lens aberration. it can.
[0022]
The asymmetric halftone bias correction technique smoothes out the unevenness of the light intensity distribution of the aerial image that results from the light transmission imbalance between the phase shift space and the non-phase shift space of the spatial frequency modulation type phase shift mask. Also effective.
[0023]
Another advantage of the asymmetric halftone bias correction technique is that it can be used to modify and / or correct a “grid-snapped” pattern to roughly match the originally intended placement. is there.
[0024]
Still further advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the embodiments of the present invention described in detail below.
[0025]
The invention, together with further objects and advantages thereof, may be better understood with reference to the following detailed description and accompanying drawings.
[0026]
The following detailed description relates to a novel bias correction technique for controlling the short dimension and pitch of a pattern to realize the optical proximity effect correction of the high density and semi-high density patterns defined above. This new bias correction technique realizes the ultrafine dimension of the main pattern by directly applying the halftoning technique to the edge portion of the main pattern.
[0027]
FIG. 3 is an exploded view of an optical lithography mask according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, each pattern 30 has a plurality of bias correction pieces 32 disposed along an edge 35 of the pattern 30. In the example of FIG. 3, the bias correction pieces 32 are arranged along the opposite edges 35 of each pattern 30. The bias correction piece 32 forms a tooth-like pattern along each edge 35, and is represented to have a substantially square shape. However, in practice, the bias correction piece 32 tends to exhibit a shape with slightly rounded corners. The dimensions shown in FIG. 3 are defined as follows.
[0028]
d: Length of bias correction piece
s: Distance between adjacent bias correction pieces
w: Width of bias correction piece
In general, w corresponds to the spot size of an electron beam used in a raster scanning electron beam mask drawing apparatus. The spot size normally used varies in the range of 0.05 μm to 0.125 μm for the industry's 4x far UV exposure reticle.
[0029]
As described above, the pattern pitch (FP), the halftone period (HTP) of the bias correction piece 32, and the halftoning rate (% H) are defined as follows.
FP = Pattern short dimension + Pattern distance
HTP = d + s
% H = (d / HTP) * 100%
[0030]
Importantly, according to the present invention, the bias correction piece 32 must be unresolvable depending on the exposure apparatus used in the optical lithography process. As a result, the halftone period of the bias correction piece 32 disposed along each edge 35 of the pattern 30 needs to be kept lower than the resolution. In order to keep the halftone period below the resolution, the following equation must be satisfied according to the Rayleigh criterion.
HTP <k1 (λ / NAo)
However, k1 = 0.61, λ is the wavelength of the exposure light source, and NAo is the numerical aperture of the imaging objective lens of the exposure light source.
[0031]
For example, in the case of a KrF excimer laser far ultraviolet exposure device with an exposure wavelength λ = 248 nm and a numerical aperture NAo = 0.57, the halftone period is 0.25 μm at a wafer scale of 1 × magnification (that is, at a reticle scale of 4 × magnification). Less than 1.0 μm). In this case, if the halftone period is allowed to exceed 0.25 m, the smoothness of halftoning is reduced, and waviness starts to appear remarkably along the edges of the pattern 30.
[0032]
The bias correction strip 32 can be applied as an addition to the outside of the original pattern that produces a positive bias or as an inward notch along the pattern edge that produces a negative bias. FIG. 3 shows an example of a positive bias, and FIG. 4 shows an example of a negative bias. Specifically, as shown in FIG. 4, a negative bias correction piece is formed by forming a notch 37 along the pattern edge.
[0033]
FIG. 3 means that the positions of the bias correction pieces 32 between the adjacent edges 35 of the pattern 30 (facing edges of a pattern or facing edges between two adjacent patterns) do not match each other. An example of an out-of-phase bias correction piece is shown. As shown in FIG. 3, the phase shift bias correction piece 32 is shifted in the horizontal direction. Note that “out of phase” includes a case where the bias correction piece is shifted by a half period. In contrast, when the bias correction pieces 32 in FIG. 3 are in phase, they are aligned in the horizontal direction. However, both in-phase and out-of-phase bias correction pieces 32 will produce equal short dimension results for the same% H, as long as the above halftone period rules are observed.
[0034]
Table 1 shows an example of how the halftone bias can be finely tuned by adjusting% H (ratio of d and s). In the following example, the halftone period rule is satisfied in a state where the halftone period is fixed to 0.25 μm and the width of the halftone bias correction piece is 0.020 μm per edge. The short pattern dimension is 0.18 μm when the pattern pitch is 0.54 μm (2.18λ). As the exposure conditions, a KrF excimer laser stepper having a partial interference ratio σ = 0.80 of the illumination lens and a numerical aperture NAo = 0.57 of the imaging lens was used. The deep ultraviolet resist used was UV5 (thickness 0.61 μm) manufactured by Shipley Co., Ltd., and was used in a state where the upper surface of the polysilicon base substrate was coated with an AR2 bottom antireflection film (thickness 600 A) manufactured by Shipley.
[0035]
[Table 1]

[0036]
As can be seen from the results shown in Table 1, the resulting pattern short dimension is positively responding to changes in% H. 100% H is equal to a total bias amount of 0.040 μm. For example, deep ultraviolet resist processing is tuned so that the resist short dimension bias after measurement is +0.040 μm at 100% H. Thus, by applying the bias correction piece of the present invention directly to the edge of the pattern, it is possible to finely adjust the short dimension of the pattern. Furthermore, as will be described in more detail below, it is also possible to adjust only one edge by adding a bias correction piece to only one edge of the pattern.
[0037]
Not all combinations are disclosed in this specification, but as described above, the halftone bias correction strip 32 can be applied in either an increasing or decreasing manner (either a positive halftone bias or a negative halftone bias). is there. An example of a positive halftone bias is shown in FIG. 3 and Table 1, where the bias correction strip is used to increase the short dimension of the main pattern. On the other hand, when the negative bias is as shown in FIG. 4, the short dimension of the main pattern is reduced. Unlike a positive bias that adds a bias correction strip to the pattern edge, a negative bias correction strip is a positive bias strip, except that the bias correction strip is formed by removing a portion along the pattern edge. Formed in the same way. In either case, the resulting edge will have a tooth-like appearance. The bias correction piece can be applied equally to a dark-field mask and a bright-field mask.
[0038]
FIG. 5 shows experimental results when the partial interference ratio σ of the illumination optical system is also changed so as to affect the final pattern short dimension obtained with the resist line pattern. These three types of halftoning ratio% H all have the same tendency, that is, the lower the partial interference ratio σ (the higher the coherence), the larger the short dimension bias amount. The experimental conditions are based on Table 1.
[0039]
The partial interference effect is also advantageous for obtaining brighter aerial image light intensity through the typical “hole” and “space” patterns on the dark field mask. It is predicted that the short dimension of the hole pattern or space pattern increases as the partial interference ratio σ decreases. The dark field pattern responds predictably to changes in the partial interference ratio σ and the halftoning rate% H, similarly to the bright field pattern.
[0040]
Furthermore, as shown in FIG. 5, at a constant halftoning rate% H, it seems that the actual pattern short dimension after measurement changes along a linear locus along with the change in the setting of the partial interference ratio. It is. As the partial interference ratio is set lower (in the case of illumination with higher coherence), for example, when the partial interference ratio is 0.3, a larger short dimension is generated. Conversely, the higher the partial interference ratio setting (the higher the incoherence), the smaller the short dimension. This property can be used to monitor the actual partial interference ratio setting used for printing on the wafer.
[0041]
It is also possible to finely tune the pattern position by giving different halftoning ratios% H to both opposing edges of one pattern. For example, if the left edge of a pattern is subjected to 20% H processing while its right edge is subjected to 80% H processing, the short dimension of the pattern will increase, but the centroid will also shift slightly to the right, In effect, the pattern is “finely positioned”. This effect is shown in FIG.
[0042]
This “fine position” adjustment effect can be used to suppress a positional shift caused by lens aberration. For example, in the case of a near-diffraction-limited exposure apparatus such as a state-of-the-art KrF excimer laser stepper, a wavefront aberration amount close to λ / 32 on the lens pupil plane can be considered. In order to calculate this effect, an X-order coma lens aberration of -0.03X (Zernike polynomial Z7) is used. Also, the same asymmetric halftone bias correction factor shown in FIG. 6 is used. The resulting resist pattern is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
[0043]
That is, FIG. 7A shows the position of the pattern obtained as a result of being influenced by the lens aberration without any correction. FIG. 7 (b) shows a “corrected” pattern utilizing the “fine position” adjustment resulting from the present invention. Actually, this position correction effect appears very clearly when biased asymmetrically as shown in FIG. In this example, the use of the asymmetric bias correction piece serves to correct the lens aberration by shifting the pattern to the right.
[0044]
The bias correction piece of the present invention can also be used to perform light intensity leveling of a spatial frequency modulation type phase shift mask. That is, FIG. 8 shows a line pattern of a spatial frequency modulation type phase shift mask having a plurality of main patterns 70. As shown in the drawing, these patterns have bias correction pieces 32 added asymmetrically in the same manner as in the application example disclosed in FIG. The spatial frequency modulation type phase shift mask of FIG. 8 was designed to form an image with a KrF excimer laser exposure apparatus having a reduction ratio of 4: 1. In this application example, the function of the asymmetric bias correction piece is to “equalize” the difference in light intensity distribution between the 0 ° phase shift region (0 ° space) and the 180 ° phase shift region (180 ° space). is there. It is known that the delta portion of the light intensity distribution is caused by light transmission loss in 180 degree space. Ideally, both 0 degree space transmittance and 180 degree space transmittance should be values close to 100%. However, a typical spatial frequency modulation type phase shift mask manufacturing process requires an etching process to form a 180 degree space, resulting in a measurable transmission loss in the etched region. A high transmission loss of 10% was observed in the 180 degree space. Such an imbalance in transmittance may cause unevenness on both side walls of the resist pattern 70 formed between the 0 degree space and the 180 degree space. The final effect is uneven pattern short dimension.
[0045]
In order to correct this problem, pattern bias correction of approximately 40% H (0.02 μm) is required (see FIG. 9). This bias amount corresponds to an edge bias amount of 0.008 μm. This degree of bias requires a 0.032 μm diameter electron beam address section and is not practical using the current state-of-the-art process. On the other hand, if the halftone bias correction technique of the present invention is used, the above-described bias amount can be achieved by using a 0.1 μm diameter electron beam address portion on a reticle having a magnification of 4 times.
[0046]
In the application example of the asymmetric bias correction piece to the spatial frequency modulation type phase shift mask shown in FIG. 8, the 40% halftone bias has a width w = 0.02 μm, a length d = 0.10 μm, and a halftone period HTP = 0. Applied at 25 μm. The bias correction piece was added only to the pattern edge adjacent to the 0 degree space, and no halftone bias was applied to the 180 degree space. The main pattern short dimension was 0.14 μm, and the main pattern pitch (FP) was 0.30 μm.
[0047]
As shown in FIG. 9 again, when the asymmetric bias correction piece is applied to the spatial frequency modulation type phase shift mask, it acts to eliminate the unevenness of the light intensity distribution between the 0 degree space and the 180 degree space. I understand. The above example of light intensity distribution leveling by asymmetric halftone bias correction can be applied to a high-density pattern (FP <2λ when the exposure wavelength λ = 0.248 μm of the KrF excimer laser). The same method is effective for a semi-dense pattern. For semi-isolated and isolated patterns, the need for light intensity distribution leveling can be met with scattering bars.
[0048]
The asymmetric halftone bias correction technique of the present invention can also be used to displace a “grid-snapped” pattern into the originally intended arrangement. FIG. 10 shows a comparison between an asymmetric halftone bias corrected resist pattern and an uncorrected (“off-grid”) resist pattern. This off-grid phenomenon occurs when the final electron beam address part is not an integral multiple of the original drawing grid. In such a situation, the pattern edge falls off to the nearest integer multiple grid. This “off-grid” phenomenon shifts the exact placement of the pattern from the desired position. This phenomenon is clearly undesirable for all state-of-the-art integrated circuit manufacturing. By utilizing the asymmetric halftone bias correction technique of the present invention described in detail above, the out-of-pattern arrangement can be corrected, and the original arrangement can be approximated or restored without adopting a small-diameter electron beam address size. Is possible. Specifically, an asymmetric bias correction strip having the required% H is added to the edge of the “off-grid” pattern to bias that edge portion to the desired position.
[0049]
As mentioned above, the method and apparatus of the present invention provide significant advantages over the prior art. The most important point is that the present invention makes it possible to dimension very fine patterns without using an electron beam address part or spot size that is unrealistically small, and realizes significant cost savings. A bias correction method is provided. In practice, the halftone bias correction method of the present invention utilizes the latest mask manufacturing process to enable nanometer-scale pattern bias correction, and the optical proximity effect for semi-dense and high-density patterns where scattering bars cannot be used. Correction processing can be realized.
[0050]
Furthermore, by applying the novel halftone bias correction technique of the present invention to a certain pattern asymmetrically, it is possible to realize a fine position correction that compensates for the displacement of the resist pattern due to lens aberration. it can.
[0051]
The asymmetric halftone bias correction technique smoothes out the unevenness of the light intensity distribution of the aerial image that results from the light transmission imbalance between the phase shift space and the non-phase shift space of the spatial frequency modulation type phase shift mask. Also effective.
[0052]
Another advantage of the asymmetric halftone bias correction technique is that it can be used to modify and / or correct a “grid-snapped” pattern to roughly match the originally intended placement. is there.
[0053]
The partial interference ratio σ also interacts with the function of the halftone bias correction pattern. Therefore, with proper tuning, a combination of these effects can be used to modulate both the bright field pattern short dimension and the dark field pattern short dimension, or one of the effects can be used to set the partial interference ratio. It is possible to use the short dimension of the pattern for monitoring.
[0054]
Although some specific embodiments of the present invention have been disclosed, the present invention may be implemented in various other forms without departing from the spirit and essential characteristics thereof. Accordingly, the above embodiments of the present invention should not be construed as limiting the present invention in any way but merely as exemplifications, and the scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims. Therefore, all the modifications belonging to the meaning of the claims and the scope of equivalents thereof are included in the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a “pattern crowding” optical proximity effect correction method using a narrow scattering bar and a halftone scattering bar described in US patent application Ser. No. 08/808587.
FIG. 2 is a diagram for explaining a definition of a halftone period of the halftone scattering bar in FIG. 1;
FIG. 3 is an exploded view of a portion of a mask formed utilizing one embodiment of the inventive halftone bias correction technique that produces a positive bias.
FIG. 4 is an exploded view of a portion of a mask formed utilizing one embodiment of the inventive halftone bias correction technique that produces a negative bias.
FIG. 5 is a graph showing experimental results obtained using the present invention to form a resist line pattern.
FIG. 6 is a graph showing that a fine position of a pattern can be adjusted using the asymmetric halftone bias correction technique according to the present invention.
FIG. 7 is a view showing that lens aberration can be corrected using the asymmetric halftone bias correction technique according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an asymmetric halftone bias according to the present invention applied to parallel line patterns of a spatial frequency modulation type phase shift mask.
9 is a graph for explaining the leveling of the light intensity distribution obtained by applying the asymmetric halftone bias of FIG. 8 to the parallel line pattern of the spatial frequency modulation type phase shift mask.
FIG. 10 is a diagram for explaining off-grid control obtained by using the halftone bias correction technique of the present invention.

Claims

A method of manufacturing a mask for optically transferring a lithography pattern corresponding to an integrated circuit to a substrate using an exposure apparatus,
Forming a plurality of patterns corresponding to the elements constituting the integrated circuit on the mask (a);
Forming a plurality of non-resolvable bias correction pieces provided on at least one edge of the pattern, the plurality of non-resolvable bias correction pieces provided on the edge of the at least one pattern, When the plurality of non-resolvable bias correction pieces are arranged substantially evenly at a distance s from each other, and each of the plurality of unresolvable bias correction pieces has a width w and a length d, the plurality of non-resolvable bias correction pieces. Forming a halftone period equal to d + s by step (b);
With
The mask is used in an optical lithography process including an exposure light source having a wavelength λ and an imaging objective lens having a numerical aperture NAo,
Step (b) includes setting the halftone period of the non-resolvable bias correction piece to less than 0.61 (λ / NAo),
Step (b), the plurality of non-resolvable bias correction the distance pieces,及 beauty, the length of the plurality of non-resolvable bias correction pieces, face different halftoning the edge Providing a ratio d / (d + s) to adjust the position of the edge of the pattern imaged on the substrate;
Mask production method.

The mask manufacturing method according to claim 1, wherein the plurality of patterns exhibit a pattern pitch of less than 3λ.

The mask manufacturing method according to claim 1, wherein the plurality of non-resolvable bias correction pieces are formed on at least two edges of at least one of the plurality of patterns.

The mask manufacturing method according to claim 1, wherein the plurality of non-resolvable bias correction pieces are formed on at least two edges of the plurality of patterns.

An optical lithography mask that optically transfers a lithography pattern corresponding to an integrated circuit to a substrate using an exposure apparatus,
A plurality of patterns corresponding to elements constituting the integrated circuit;
A plurality of non-resolvable bias correction pieces provided at an edge of at least one of the patterns;
With
A plurality of non-resolvable bias correction pieces provided on the edge of the at least one pattern are arranged substantially evenly at intervals of a distance s.
Each of the plurality of non-resolvable bias correction pieces has a width w and a length d, and the plurality of non-resolvable bias correction pieces form a halftone period equal to d + s;
The mask is used in an optical lithography process including an exposure light source having a wavelength λ and an imaging objective lens having a numerical aperture NAo,
The halftone period of the non-resolvable bias correction piece is less than 0.61 (λ / NAo),
Said plurality of non-resolvable bias correction pieces of the interval, and said lengths of said plurality of non-resolvable bias correction pieces, halftoning rate different from each other in facing the edge d / (d + s ) Is provided ,
Optical lithography mask.

The photolithography mask according to claim 5, wherein the plurality of patterns exhibit a pattern pitch of less than 3λ.

6. The photolithographic mask according to claim 5, wherein the plurality of non-resolvable bias correction pieces are formed on at least two edges of at least one of the plurality of patterns.

6. The photolithographic mask according to claim 5, wherein the plurality of non-resolvable bias correction pieces are formed on at least two edges of the plurality of patterns.

6. The photolithographic mask according to claim 5, wherein a bias amount indicated by an edge of the pattern is defined by a ratio of d and s indicated by the plurality of non-resolvable bias correction pieces provided in the pattern.

A recording medium recording a program for manufacturing a mask for optically transferring a lithography pattern corresponding to an integrated circuit from a mask to a substrate using an exposure apparatus, the program comprising:
A procedure (a) for determining a plurality of patterns formed on the mask and corresponding to elements forming the integrated circuit;
A procedure for generating a plurality of non-resolvable bias correction pieces provided at the edge of at least one pattern, wherein a plurality of non-resolvable bias correction pieces provided at the edge of the at least one pattern are When the plurality of non-resolvable bias correction pieces are arranged substantially evenly at a distance s from each other, and each of the plurality of unresolvable bias correction pieces has a width w and a length d, the plurality of non-resolvable bias correction pieces. Forming a halftone period equal to d + s by step (b);
To the computer,
The mask is used in an optical lithography process including an exposure light source having a wavelength λ and an imaging objective lens having a numerical aperture NAo.
Step (b) includes setting the halftone period of the non-resolvable bias correction piece to less than 0.61 (λ / NAo),
Procedure (b) is, the plurality of non-resolvable bias correction pieces of the interval, and, the length of the plurality of non-resolvable bias correction pieces, face different halftoning the edge Providing a ratio d / (d + s) to adjust the position of the edge of the pattern imaged on the substrate;
recoding media.